Układ planetarny, który istniał dotychczas tylko w teorii. Niezwykłe odkrycie

Intuicja podpowiada nam, że musi to być układ, w którego centrum znajduje się gwiazda, wokół której po orbitach krążą planety. W takim układzie mogą znajdować się także inne obiekty: asteroidy, komety. Dziś wiemy, że Układ Słoneczny, w którym żyjemy, ma osiem planet (definicja planety to kwestia formalna, o której decyduje zgromadzenie astronomów) oraz ogromną liczbę księżyców (wokół Saturna krąży ich aż 274). Poza orbitą najodleglejszej od Słońca planety, czyli Neptuna, znajduje się tzw. pas Kuipera – świat lodowych obiektów, który jest źródłem komet, ale też pozostałością po etapie formowania się naszego układu. Jeszcze dalej znajduje się Obłok Oorta, w którym również występują podobne obiekty, ale na znacznie dalszych orbitach. To właśnie stamtąd przylatują czasem komety, które widzimy tylko raz w życiu.

Do 1992 roku Układ Słoneczny był jedynym, jaki znaliśmy. Potem Andrzej Wolszczan odkrył planety wokół pulsara – pozostałości po bardzo masywnej gwieździe. To układ, w którym nie ma szans na życie, jakie znamy z Ziemi. W 1995 roku odkryto pierwszą planetę krążącą wokół gwiazdy znajdującej się na "normalnym" etapie istnienia – i tak się wszystko zaczęło. Dziś znamy tysiące potencjalnych planet w tysiącach różnych układów, choć wiele z nich w niczym nie przypomina naszego. Wiemy też, że w centrum takiego układu może znajdować się nie tylko gwiazda neutronowa czy zwykła gwiazda, ale także tzw. brązowy karzeł – obiekt znacznie masywniejszy od Jowisza, ale niewystarczająco masywny, by w jego wnętrzu rozpoczęły się reakcje jądrowe, jak w przypadku Słońca. Mówiąc potocznie – to taka „niedorobiona” gwiazda.

Układy planetarne wokół podwójnych gwiazd, czy też brązowych karłów

Pojedyncze gwiazdy, takie jak Słońce, nie są przeważającym typem gwiazd w Drodze Mlecznej. Więcej jest takich, które tworzą ciasne układy podwójne. W takim układzie gwiazdy obiegają się wzajemnie. A planety? Cóż, tutaj zaczyna się prawdziwa zabawa, bo teoria dopuszcza przeróżne konfiguracje. Zresztą nie tylko teoria – wystarczy nasza własna fantazja, której upust dają pisarze science fiction. W filmach planeta obiegająca podwójną gwiazdę pojawia się rzadko, a najbardziej znaną jest Tatooine z Gwiezdnych wojen.

Wizualizacja układu planetarnego, w którym planeta obiega podwójny układ brązowych karłów. (fot: ESO/M. Kornmesser)

I ponownie – układy planetarne wokół gwiazd podwójnych są nam znane i, w zasadzie, nie wymykają się intuicji. Po prostu zamiast jednego Słońca mamy dwa w centrum układu. Intuicja podpowiada też, że orbita planety powinna znajdować się w płaszczyźnie nachylonej podobnie do tej, w której krążą centralne gwiazdy. Nawet Układ Słoneczny ma taką wyróżnioną płaszczyznę – wszystkie planety poruszają się blisko niej. Tylko niektóre komety czy asteroidy zdają się czasem nadlatywać „z góry”, prostopadle do orbity Ziemi.

Skoro jednak komety mogą mieć tak niezwykłe, silnie nachylone orbity, to czemu planeta nie mogłaby mieć podobnej? Mogłaby – tyle że dotąd nie udawało się nam takiego układu dostrzec. To zresztą może być kłopotliwe, bo planeta musi zamanifestować swoją obecność w obserwacjach, a poruszając się po orbicie prostopadłej do orbit innych planet i równika gwiazdy, jest trudna do wykrycia.

Niezwykły układ planetarny, w którym nie ma gwiazd, a planeta ma nietypową orbitę

W 2018 r. astronomowie odkryli podwójny układ 2M1510 (AB) – młodych brązowych karłów. Z czasem okazało się, że te brązowe karły obiegają się po orbitach zmieniających się w niespodziewany sposób. Aby wyjaśnić ten ruch, zilustrowany na poniższym wideo, teoretycy wprowadzili do układu jeszcze jeden składnik – planetę nazwaną 2M1510 (AB) b. Gdy ta planeta została umieszczona na orbicie prostopadłej do płaszczyzny (tzw. orbicie biegunowej), w której dwa brązowe karły się obiegają, wszystkie elementy układanki zaczęły do siebie pasować.

Obejrzyj w

I tak – całkiem przypadkiem – jak mówi prof. Amary Triaud z Uniwersytetu w Birmingham, udało się odkryć układ, o którym być może śnili teoretycy, ale na który dotąd nie było dowodów praktycznych. Odkrycie jest niezwykłe także z innych powodów – jak dodaje Triaud – planeta obiegająca nie tylko układ podwójny, ale układ podwójny brązowych karłów, na dodatek na orbicie biegunowej jest czymś raczej niezwykłym i bardzo ekscytującym.

Układ podwójny brązowych karłów 2M1510 (AB) widoczny jest jako pojedyncza kropka. W pewnej odległości znajduje się trzeci składnik układu, również brązowy karzeł 2M1510 (C), lecz jego obecność nie wyjaśnia niezwykłej orbity dwóch pozostałych. (fot: DESI Legacy Survey/D. Lang (Perimeter Institute))

Warto zwrócić uwagę, że orbity biegunowe – czyli nachylone pod kątem bliskim 90 stopni do płaszczyzny równika planety – są często wykorzystywane przez satelity obserwujące Ziemię. Taka orientacja pozwala na obserwację całej powierzchni globu. Na orbicie biegunowej, tyle że wokół Słońca, znajduje się także sonda Solar Orbiter. Widok macierzystego układu gwiazd – czy też brązowych karłów – z powierzchni planety poruszającej się po takiej orbicie musi być naprawdę niezwykły. W przypadku 2M1510 (AB) b raczej nie spodziewajmy się jednak życia. Ale nie wykluczajmy, że istnieją podobne układy, w których życie mogłoby się rozwinąć – bo kosmos jest pełen niespodzianek.

Źródło: ESO, inf. własna